KR20080105101A - Emergency power source system using fuel cell, and distribution board - Google Patents
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Abstract
Description
기술분야Field of technology
본 발명은, 연료 전지를 사용한 비상 전원 시스템에 관한 것으로, 특히, 통상시에는 부하에 전력을 공급하기 위해서 계통 전원에 연계하여 사용되고, 계통 전원측에서의 정전시에는 계통 전원으로부터 해열 (解列) 하여 연료 전지로부터의 전력을 부하에 공급할 수 있는 비상 전원 시스템과, 그러한 비상 전원 시스템에서 사용되는 분전반에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
배경기술Background
최근, 전력 소비가 즉 전력 수요가의 장소에 있어서, 분산 전원 장치로서 연료 전지를 배치하고, 전기 사업자로부터 배전되는 전력 즉 계통 전원으로부터의 전력과 연료 전지로부터의 전력을 조합하여 그 전력 소비가에 있어서의 전력 소비를 조달하도록 한 분산형 전원 시스템이 주목을 끌고 있다. 전력 사업자측에서는 복수의 발전 설비와 복수의 변전 설비와 이들 발전 설비 및 변전 설비를 접속하여 전력을 다수의 수요가에게 공급하기 위한 배전 설비가 설치되어, 발전 설비, 변전 설비 및 변전 설비가 전체로서 조화를 유지하도록 운용되고 있고, 전력 사업자측의 이들 설비를 전체로서 계통 전원이라고 부르고 있다.Recently, in a place where the power consumption is high, that is, the electric power demand, the fuel cell is disposed as a distributed power supply device, and the power consumption is combined with the power distributed from the electric utility, that is, the power from the grid power supply and the power from the fuel cell. Attention is drawn to decentralized power supply systems that are designed to provide power consumption in the market. On the electricity supplier side, a plurality of power generation facilities, a plurality of substation facilities, and power distribution facilities for supplying electric power to a large number of demands by connecting these power generation facilities and substation facilities are installed. It is operated to maintain the power supply, and these facilities on the electric power company side are collectively called a system power supply.
연료 전지는 직류 전력을 발생하지만, 전력 소비가의 주택 내에 있어서는 계 통 전원으로부터의 교류 전력에 중첩하여 부하에 배전할 필요가 있기 때문에, 분산 전원인 연료 전지를 계통 전원에 연계시킬 필요가 있다. 연료 전지를 계통 전원에 연계시키기 위해서, 연료 전지가 출력하는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 그 주파수나 전압을 계통 전원으로부터의 전력에 적합시키는 파워 컨디셔너 (PCS) 가 사용된다. 파워 컨디셔너로부터의 교류 전력의 출력선은, 일반적으로, 전력 소비가의 주택 내에 형성되는 분전반에 있어서, 계통 전원측에서의 배전선에 접속되고, 이로써, 전력 소비가의 주택 내에 있는 부하에 대하여, 연료 전지로부터의 교류 전력과 계통 전원으로부터의 교류 전력이 함께 공급되게 된다.Although the fuel cell generates DC power, it is necessary to distribute the fuel cell, which is a distributed power source, to the system power source because it needs to be superimposed on the AC power from the system power supply in the house of the power consumption. In order to associate a fuel cell with a grid power supply, a power conditioner (PCS) is used that converts the direct current power output by the fuel cell into alternating current power and adapts the frequency or voltage to the power from the grid power supply. The output line of the AC power from the power conditioner is generally connected to the distribution line on the system power supply side in a distribution panel formed in the house of the power consumption, thereby, with respect to the load in the house of the power consumption, the fuel cell AC power from the system and AC power from the grid power supply are supplied together.
도 1 은, 이와 같이 연료 전지에 의한 분산 전원을 계통 전원에 연계시켜 사용하기 위한 종래 전원 시스템의 구성을 나타내고 있다.Fig. 1 shows a configuration of a conventional power supply system for using a distributed power supply by a fuel cell in conjunction with a system power supply.
분산 전원으로서 연료 전지를 포함하고 교류 전력을 출력하는 연료 전지 시스템 (81) 이 형성되어 있고, 연료 전지 시스템 (81) 의 출력은 분전반 (82) 에 접속되어 있다. 분전반 (82) 은, 계통 전원에도 접속하여, 계통 전원으로부터의 교류 전력과 연료 전지 시스템 (81) 의 교류 전력을 동일한 배전선을 통하여 부하에 공급한다.A
연료 전지 시스템 (81) 은, 연료 전지 (91) 와 연료 전지 (91) 에서 발전된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 출력하는 파워 컨디셔너 (PCS) (92) 를 구비하고 있다. 연료 전지 (91) 는, 도 1 에는 나타나 있지 않지만, 탄화수소로 이루어지는 연료, 예를 들어 등유나 LPG (액화 석유 가스) 등의 연료를 개질하여 수소를 생성하는 개질기와, 이 수소와 산소 (또는 공기) 가 공급되어 발전하는 연료 전지 본체를 구비하고 있다. 연료 전지 본체는, 전형적인 연료 전지로서, 수소 및 산소가 각각 공급되는 부극 (負極) 및 정극 (正極) 과, 부극 및 정극 사이에 배치되고 수소 이온이 투과할 수 있는 전해질막을 구비하고 있다.The
파워 컨디셔너 (92) 는, 분전반 (82) 을 통하여 입력되는 계통 전원측의 교류 전력에 연계하도록, 연료 전지 (91) 로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다. 또한, 연료 전지 즉 개질기나 연료 전지 본체를 동작시키기 위해서는, 히터에 의해 이들을 소정의 온도 범위까지 승온시킬 필요가 있고, 또한, 개질기에 연료를 공급하기 위해서는, 펌프를 동작시킬 필요가 있다. 이와 같이 연료 전지 시스템 (81) 의 운전을 위해서는, 히터나 펌프 등의 각종 보조 기기류를 동작시킬 필요가 있고, 히터나 펌프 등을 동작시키기 위한 전력은, 파워 컨디셔너 (92) 로부터 연료 전지에 부여되도록 되어 있다. 연료 전지 시스템 (81) 이 정상 운전 상태에 들어가면, 히터나 펌프를 위한 전력으로는, 연료 전지 (91) 가 발전한 전력의 일부를 사용할 수 있다. 그러나, 연료 전지 시스템 (81) 자체의 시동 (기동) 시에는 연료 전지 (91) 는 아직 발전을 개시하지 않았기 때문에, 계통 전원으로부터 분전반 (82) 을 통하여 파워 컨디셔너 (92) 에 입력되는 교류 전력으로부터 히터나 펌프를 동작시키기 위한 전력을 얻게 한다.The
그런데 계통 전원에 상기 서술한 바와 같이 하여 분산 전원을 연계시키는 경우, 분산 전원에서 발생한 전력에 의해 계통 전원측에 악영향이 미치는 경우가 없게 해야 한다. 계통 전원에 대하여 악영향이 미치지 않게 하기 위해서는 어떻게 해야 하는지는, 예를 들어, 일본의 경제 산업성 자원 에너지청이 정리한 「계통 연계 가이드라인」에 나타나 있는데, 특히, 계통 전원측에 있어서 정전 사고가 발생한 경우에는, 분산 전원을 계통 전원으로부터 해열해야 하는 것이 규정되어 있다. 계통 전원측에 있어서의 정전 사고시에 분산 전원이 동작하고 있으면, 정전 중이므로 본래는 충전되어 있지 않아야 하는 계통 전원측의 배전선이나 배전망이 분산 전원에 의해 충전되게 되어, 정전 복구 등의 작업에 있어서의 감전 사고나, 계통 전원이 정상 상태로 복귀할 때에, 계통 전원측에서의 교류 전력의 위상과 배전선측에서의 위상이 일치하지 않는 것에 의한 고장의 발생 우려가 생기기 때문이다. 또한, 분산 전원으로부터 전력이 계통 전원측에 공급되고 있으면, 계통 전원 내에서의 고장 발생 위치의 탐색이 어려워진다. 계통 전원측의 정전 사고시에 분산 전원을 계통 전원으로부터 해열하기 위해서, 분산 전원의 파워 컨디셔너는, 계통 전원측에서의 전력 공급이 중단된 것을 검출하였을 경우에, 신속하게 그 분산 전원의 동작을 정지시키고, 또한 필요에 따라 분산 전원을 배전선으로부터 기계적인 스위치 혹은 차단기에 의해 분리시킬 수 있도록 구성되어 있다.However, when the distributed power source is linked to the system power supply as described above, the power generated from the distributed power source should not adversely affect the system power supply side. In order to prevent adverse effects on the grid power supply, what should be done, for example, is shown in the "Grid Linking Guidelines" compiled by Japan's Ministry of Economy, Trade, and Energy, especially in the event of a power outage on the grid power supply. In the following, it is prescribed that the distributed power supply must be dissociated from the system power supply. If the distributed power supply is operating in the event of a power failure on the system power supply side, the distribution line or the distribution network on the system power supply side, which should not be charged originally because of a power outage, is charged by the distributed power supply, and an electric shock accident during work such as restoration of power failure This is because, when the system power supply returns to the normal state, a failure may occur due to a mismatch between the phase of the AC power on the system power supply side and the phase on the distribution line side. In addition, when electric power is supplied from the distributed power supply to the system power supply side, it is difficult to search for a fault occurrence position in the system power supply. In order to dissociate the distributed power supply from the grid power supply in the event of a power failure on the grid power supply side, the power conditioner of the distributed power supply quickly stops the operation of the distributed power supply when it detects that the power supply on the grid power supply is stopped. If necessary, the distributed power supply can be separated from the distribution line by a mechanical switch or breaker.
발명의 개시 Disclosure of the Invention
발명이 해결하고자 하는 과제Problems to be Solved by the Invention
연료 전지는, 기상 조건 등에 상관없이 연료가 있는 한 동작하는 것이기 때문에, 지진 등의 재해가 발생하여 계통 전원에 있어서의 정전이 지속될 것이 상정되는 경우에 있어서의 비상용 전원으로서 유망한 것이다. 그러나, 분산 전원을 계통 전원에 연계하여 사용하고 있는 경우에는, 상기 서술한 바와 같이 보안상 등의 이유에 의해, 계통 전원측에서 정전이 있었던 경우에는 분산 전원이 정지되어야 하기 때문에, 연료 전지를 사용하는 분산 전원이어도 그대로 비상용 전원으로서 사용할 수 있는 것은 아니다. 또한, 연료 전지를 일단 정지시킨 후에 그 연료 전지를 재기동시키려고 해도, 일반적으로는 연료 전지의 재기동에 필요한 전력으로서, 계통 전원으로부터 공급되는 전력을 사용하고 있기 때문에, 계통 전원의 정전시에는 연료 전지의 재기동도 실시할 수 없게 된다. 또한, 일본 특허 공개 : 일본 공개특허공보 평6-223864호에는, 계통 전원측에서 정전이 있었을 경우에, 무정전 전원 장치로부터의 전력을 연료 전지 시스템에 있어서의 펌프나 히터 등에 직접 공급하여 펌프나 히터를 동작시켜, 연료 전지 시스템을 재기동시키는 것이 나타나 있다. 그러나 이 기술에서는, 연료 전지 시스템 내에서 펌프나 히터에 전력을 공급하는 부분의 구성이 복잡해져, 펌프나 히터로의 전력 공급처를 전환하기 위한 제어가 번잡해진다는 문제점이 있다.Since the fuel cell is operated as long as there is fuel regardless of weather conditions or the like, it is promising as an emergency power source when a disaster such as an earthquake occurs and a power failure in the system power supply is expected to continue. However, when the distributed power supply is used in conjunction with the grid power supply, as described above, the distributed power supply must be stopped when there is a power failure on the system power supply side for security reasons or the like. Even a distributed power supply can not be used as an emergency power supply as it is. In addition, even if the fuel cell is to be restarted after the fuel cell is once stopped, the power supplied from the system power supply is generally used as the power required for restarting the fuel cell. Restarting will also fail. In addition, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-223864 discloses that when there is a power failure on the system power supply side, power from an uninterruptible power supply is directly supplied to a pump or a heater in a fuel cell system to supply a pump or a heater. The operation is shown to restart the fuel cell system. However, this technique has a problem in that the configuration of a portion for supplying electric power to a pump or a heater in the fuel cell system is complicated, and the control for switching the power supply destination to the pump or the heater is complicated.
그래서 본 발명의 목적은, 연료 전지를 가짐과 함께 계통 전원에 연계되는 분산형 전원 시스템으로서, 계통 전원이 통상적으로 가동하고 있는 경우에는 분산 전원으로서 동작함과 함께, 계통 전원이 정전이 되었을 경우에 있어서도 비상용 전원으로서 사용할 수 있고, 또한 비상용 전원으로서 사용하기 위한 전환 동작을 간편하게 실시할 수 있는 비상 전원 시스템을 제공하는 것에 있다.Therefore, an object of the present invention is a distributed power supply system having a fuel cell and linked to a grid power supply, which operates as a distributed power supply when the grid power supply is normally operated, and when the grid power supply becomes a power failure. The present invention also provides an emergency power supply system which can be used as an emergency power supply and can easily perform a switching operation for use as an emergency power supply.
본 발명의 다른 목적은, 이와 같은 비상 전원 시스템에서 사용되는 분전반을 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a distribution panel for use in such an emergency power system.
과제를 해결하기 위한 수단Means to solve the problem
본 발명의 비상 전원 시스템은, 계통 전원에 연계되는 연료 전지 시스템을 갖는 비상 전원 시스템으로서, 계통 전원에 접속함과 함께 부하에 전력을 공급하는 분전반과, 계통 전원과 분전반 사이에 설치된 차단기와, 연료 전지 시스템 내에 설치되고, 연료 전지로부터 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 분전반에 공급하는 제 1 파워 컨디셔너와, 이차 전지와, 이차 전지로부터 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 분전반에 공급하는 제 2 파워 컨디셔너를 구비하고, 제 1 파워 컨디셔너에 있어서 계통 전원의 정전을 검출하였을 때에, 제 1 파워 컨디셔너는 연료 전지 시스템의 동작을 정지시킴과 함께, 정전 검출 신호를 차단기로 송출하여 차단기를 개방 상태로 하고, 차단기가 개방 상태일 때에, 이차 전지로부터 제 2 파워 컨디셔너를 통하여 공급되는 전력에 의해 연료 전지 시스템을 시동할 수 있고, 시동 후에는 연료 전지 시스템으로부터 분전반에 교류 전력이 공급된다.The emergency power system of the present invention is an emergency power system having a fuel cell system connected to a system power source, comprising: a distribution panel that connects to the system power supply and supplies power to a load, a breaker provided between the system power supply and the distribution panel, and a fuel; A first power conditioner installed in the battery system, the first power conditioner converting the direct current power from the fuel cell into alternating current power and supplying it to the distribution panel, and the second power conditioner converting the direct current power from the secondary battery into alternating current power and supplying it to the distribution panel. When the first power conditioner detects a power failure of the system power supply, the first power conditioner stops the operation of the fuel cell system, sends a power failure detection signal to the breaker, and opens the breaker. When the breaker is in the open state, it is supplied from the secondary battery through the second power conditioner The fuel cell system can be started by the electric power, and after the start, AC power is supplied from the fuel cell system to the distribution panel.
본 발명의 비상 전원 시스템은, 계통 전원의 정전시에, 연료 전지 시스템을 시동하여 연료 전지 시스템으로부터의 전력만을 부하에 공급할 수 있게 한 것이다. 그러나, 연료 전지 시스템의 정격 출력에는 한계가 있기 때문에, 분전반에 접속되는 부하가 통상 부하와 비상 부하인 경우에는, 계통 전원이 통상 동작하고 있을 때에는 양방의 부하에 전력이 공급되고, 차단기가 개방 상태에 있고 연료 전지 시스템이 시동된 후에는, 비상 부하에만 전력이 공급되게 하는 것이 바람직하다. 비상 부하의 부하 용량은 연료 전지 시스템의 정격 출력 미만으로 하는 것이 바람직하다.The emergency power supply system of the present invention enables the fuel cell system to be started to supply only the electric power from the fuel cell system to the load at the time of power failure of the system power supply. However, since the rated output of the fuel cell system has a limitation, when the load connected to the distribution panel is a normal load and an emergency load, power is supplied to both loads when the system power source is operating normally, and the breaker is in an open state. And after the fuel cell system is started, it is desirable to ensure that only emergency loads are supplied. The load capacity of the emergency load is preferably less than the rated output of the fuel cell system.
또한 본 발명에서는, 차단기가 개방 상태에 있을 때에 계통 전원이 복구된 경우에, 연료 전지 시스템의 운전을 정지하고, 그 후, 차단기를 도통 상태로 되돌 리고, 차단기가 도통 상태로 되돌아간 후에 연료 전지 시스템을 재시동하게 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 재시동을 실현하기 위해서, 차단기의 개방 상태에서 도통 상태로의 복귀를 제어하고, 제 1 및 제 2 파워 컨디셔너에 대한 지령을 발생하는 제어 회로를 추가로 형성할 수 있다.Further, in the present invention, when the system power is restored when the breaker is in the open state, the operation of the fuel cell system is stopped, and after that, the breaker is returned to the conduction state, and the fuel cell after the breaker returns to the conduction state. It is desirable to restart the system. In order to realize such a restart, it is possible to further form a control circuit which controls the return from the open state of the breaker to the conduction state and generates a command for the first and second power conditioners.
본 발명에 있어서, 연료 전지 시스템으로는, 탄화수소를 연료로 하는 연료 전지를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.In this invention, it is preferable to use what has a fuel cell which uses a hydrocarbon as a fuel as a fuel cell system.
본 발명의 분전반은, 연료 전지 시스템과 계통 전원을 연계시키고, 부하에 전력을 공급하기 위해서 사용되는 분전반으로서, 연료 전지 시스템에 접속하는 모선과, 모선과 계통 전원 사이에 설치되고, 연료 전지 시스템이 계통 전원에 있어서의 정전을 검출하였을 때에 연료 전지 시스템으로부터 송신되어 오는 신호에 의해 개방 상태로 되는 차단기를 구비하고, 이차 전지가 출력하는 직류 전력을 변환하여 얻어진 교류 전력을 모선에 공급 가능하며, 차단기가 개방 상태에 있을 때에 이차 전지로부터 공급되는 전력에 의해 연료 전지 시스템을 시동할 수 있다.The distribution panel of the present invention is a distribution panel used for connecting a fuel cell system and a system power source and supplying electric power to a load. The distribution panel is provided between a bus bar connected to a fuel cell system, a bus bus and a system power supply. The circuit breaker is provided in the open state by a signal transmitted from the fuel cell system when a power failure in the system power supply is detected, and the AC power obtained by converting the DC power output by the secondary battery can be supplied to the bus. Can start the fuel cell system by the electric power supplied from the secondary battery when is in the open state.
본 발명에서는, 연료 전지 시스템을 계통 전원에 연계시킨 전원 시스템에 있어서, 계통 전원이 정전된 경우에는 일단은 연료 전지 시스템도 정지하지만, 그 후, 분전반을 통하여 공급되는 이차 전지로부터의 전력을 사용하여 연료 전지 시스템을 시동할 수 있도록 하고 있기 때문에, 이 연료 전지 시스템으로부터의 발전된 전력을 부하에 공급할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 비상 전원 시스템은, 평상시에는 계통 전원에 연계됨과 함께, 재해 등의 비상시에 있어서는 비상용 전원으로서 운전이 가능하여, 평상시 및 비상시의 양방에 있어서 유용하다.According to the present invention, in a power supply system in which a fuel cell system is linked to a system power source, when the system power supply is interrupted, one end of the fuel cell system is also stopped, but thereafter, power from the secondary battery supplied through the distribution panel is Since the fuel cell system can be started, the generated electric power from the fuel cell system can be supplied to the load. Therefore, the emergency power supply system of the present invention is usually connected to the system power supply, and can be operated as an emergency power supply in an emergency such as a disaster, which is useful in both normal and emergency situations.
도면의 간단한 설명Brief description of the drawings
도 1 은 종래의 전원 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a conventional power supply system.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태의 비상 전원 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram showing the configuration of an emergency power supply system according to an embodiment of the present invention.
도 3 은 본 발명의 다른 실시형태의 비상 전원 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram showing a configuration of an emergency power supply system according to another embodiment of the present invention.
발명을 실시하기Implement the invention 위한 최선의 형태 Best form for
다음으로, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.Next, preferred embodiment of this invention is described with reference to drawings.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태의 비상 전원 시스템을 나타내고 있다. 이 비상 전원 시스템은, 계통 전원에 대하여 연계되는 것으로서, 분산 전원으로서, 교류 전력을 출력하는 연료 전지 시스템 (11) 을 구비함과 함께, 계통 전원으로부터의 전력과 연료 전지 시스템 (11) 으로부터의 전력을 부하에 공급하기 위한 분전반 (14) 을 구비하고 있다. 또한 이 비상 전원 시스템은, 계통 전원측에서의 정전시에 연료 전지 시스템 (11) 을 기동하기 위한 전력을 공급하는 이차 전지 (16) 와, 이차 전지 (16) 를 충전함과 함께 이차 전지 (16) 로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 분전반 (14) 에 공급하는 파워 컨디셔너 (PCS) (17) 를 구비하고 있다. 이차 전지 (16) 로는, 예를 들어 리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지, 혹은 납축 전지 등이 사용된다.2 shows an emergency power supply system according to an embodiment of the present invention. The emergency power supply system, which is linked to the system power supply, includes a
분전반 (14) 은, 연료 전지 시스템 (11) 의 출력이 접속하는 모선 (31) 과, 계통 전원에 접속하는 배전선 (39) 과 모선 (31) 사이에 설치된 차단기 (32) 와, 모선 (31) 과 이차 전지 (16) 측의 파워 컨디셔너 (17) 사이에 설치된 스위치 (33) 와, 모선 (31) 과 부하 사이에 설치되는 스위치 (34, 35) 를 구비하고 있다. 차단기 (32) 는, 연료 전지 시스템 (11) 내의 후술하는 파워 컨디셔너 (PCS) (13) 로부터 정전 검출 신호를 수신한 경우에, 개방 상태 (즉 차단 상태) 로 트립한다. 바꿔 말하면 차단기 (32) 는, 모선 (31) 을 자동적으로 계통 전원측으로부터 분리하도록 구성되어 있다.The
본 실시형태에서는, 전력 소비가의 주택 내의 부하로서, 계통 전원의 가동시에만 전력이 공급되고 있으면 되는 통상 부하 (41) 와, 계통 전원의 가동시뿐만 아니라 계통 전원의 정전시에도 전력이 공급되어야 하는 비상 부하 (42) 의 2 종류가 있는 것으로 한다. 통상 부하 (41) 는 스위치 (34) 를 통하여 모선 (31) 에 접속되고, 비상 부하 (42) 는 스위치 (35) 를 통하여 모선 (31) 에 접속되어 있다. 이 비상 전원 시스템에서는, 계통 전원으로부터의 교류 전력과 연료 전지 시스템 (11) 으로부터의 교류 전력이, 분전반 (14) 을 통하여 동일한 주택 내 배전선을 통하여 각 부하 (41, 42) 에 공급되게 되어 있다. 또한, 이차 전지 (16) 가 충전 상태에 있는 경우에는, 부하측에서의 전력 소비 상황에 따라, 이차 전지 (16) 로부터 출력되어 파워 컨디셔너 (17) 에 의해 직류 전력에서 변환된 교류 전력도, 각 부하 (41, 42) 에 공급되게 되어 있다. 연료 전지 자체는 부하의 급변에 대하여 대응하기 어려운 것이기 때문에, 부하가 급증하였을 때에는 이차 전지 (16) 로부터의 전력을 부하에 공급하고, 부하가 급감하였을 때에는 이차 전지 (16) 를 충 전하게 함으로써, 계통 전원이 통상 상태일 때에 이 비상 전원 시스템을 효율적으로 운전시킬 수 있게 된다.In the present embodiment, as a load in a house of a power consumption value, electric power must be supplied not only at the time of power supply operation but also at the time of power failure of the system power supply as well as the
연료 전지 시스템 (11) 은, 연료를 개질하여 수소를 생성하는 개질기와 이 수소와 산소 (공기) 가 공급되어 발전하는 연료 전지 본체로 이루어지는 연료 전지 (12) 와, 연료 전지 (12) 에서 발전된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 출력하는 파워 컨디셔너 (13) 를 구비하고 있다. 연료로는, 예를 들어 등유 또는 LPG (액화 석유 가스) 또는 천연 가스가 사용되고, 따라서 이 연료 전지 시스템 (11) 은, 탄화수소를 연료로 하는 연료 전지를 갖게 된다. 개질기나 연료 전지 본체로는, 도 1 에 나타낸 종래의 전원 시스템에서의 것과 동일한 것이 사용된다.The
파워 컨디셔너 (13) 로는, 도 1 에 나타낸 종래의 전원 시스템에 있어서 사용되는 파워 컨디셔너 (92) 와 동일한 것이 사용되지만, 도 2 에 나타내는 비상 전원 시스템에 있어서의 파워 컨디셔너 (13) 는, 계통 전원측에 있어서의 정전을 검출한 경우에, 연료 전지 시스템 (11) 의 동작을 정지시킴과 함께, 계통 전원에 있어서의 정전을 검출하였다는 내용의 신호 즉 정전 검출 신호를 분전반 (14) 에 출력하는 기능을 구비하고 있는 점에서, 도 1 에 나타낸 것과 상이하다. 또한, 계통 전원측에 있어서의 정전을 파워 컨디셔너 (13) 에 있어서 검출하는 방법으로는, 계통 전원에 연계되는 분산 전원의 파워 컨디셔너에 있어서, 현재 일반적으로 사용되고 있는 방법을 사용할 수 있다.As the
다음으로, 도 2 에 나타낸 비상 전원 시스템의 동작을 설명한다.Next, the operation of the emergency power system shown in FIG. 2 will be described.
계통 전원이 정상적으로 기능하고 있는 경우에는, 차단기 (32), 각 스위치 (33 ∼ 35) 모두 닫혀서 도통 상태로 되어 있고, 계통 전원으로부터의 교류 전력과, 연료 전지 시스템 (11) 으로부터의 교류 전력과, 상황에 따라 이차 전지 (16) 로부터의 파워 컨디셔너 (17) 에서 변환된 교류 전력이 분전반 (14) 를 통하여 부하 (41, 42) 에 공급된다. 연료 전지 시스템 (11) 이 시동되어 있지 않은 경우에는, 연료 전지 시스템 (11) 을 시동하기 위한 전력이, 계통 전원으로부터 파워 컨디셔너 (13) 에 공급된다. 또한, 이차 전지 (16) 는, 소정의 충전 레벨 이상이도록, 파워 컨디셔너 (17) 에 의해 그 충방전이 제어된다. 본 실시형태에 있어서, 소정의 충전 레벨이란, 연료 전지 시스템 (11) 의 시동에 필요한 전력 전부를 이차 전지 (16) 로부터 공급할 수 있는 이상의 충전 레벨로 한다.When the system power source is functioning normally, the
계통 전원이 정지 즉 정전되었다고 하자. 연료 전지 시스템 (11) 의 파워 컨디셔너 (13) 에 의해 이 정전이 검출되고, 그 결과, 파워 컨디셔너 (13) 는, 연료 전지 시스템 (11) 의 운전을 자동적으로 정지시키고, 또한, 연료 전지 시스템 (11) 을 필요에 따라 분전반 (14) 으로부터 전기적으로 분리시킴과 함께, 정전 검출 신호를 분전반 (14) 으로 송출한다. 그 결과, 차단기 (32) 가 개방측으로 트립하고, 분전반 (14) 의 모선 (31) 과 계통 전원에 접속하는 배전선 (39) 이 분리되게 된다. 이 때, 이차 전지 (16) 측의 파워 컨디셔너 (17) 도 정전을 검출하여, 이차 전지 (16) 를 자동적으로 분전반 (14) 으로부터 전기적으로 분리시킨다.Suppose the system power is stopped or a power outage. This power failure is detected by the
이와 같이 분전반 (14) 의 모선 (31) 으로부터, 계통 전원이 분리되고, 연료 전지 시스템 (11) 및 이차 전지 (16) 로부터의 전력 공급이 정지됨으로써, 부하 (41, 42) 에 대한 교류 전력의 공급도 정지된다. 이 상태에서 연료 전지 시스템 (11) 을 비상용 전원으로서 기능시키기 위해서는, 먼저, 스위치 (34, 35) 를 개방 상태로 하여 부하 (41, 42) 를 분전반 (14) 으로부터 분리시키고, 다음으로, 이차 전지 (16) 측의 파워 컨디셔너 (17) 를 작동시켜, 이차 전지 (16) 로부터의 전력을 파워 컨디셔너 (17) 에서 변환하여 얻어지는 교류 전력이 분전반 (14) 에 공급되게 한다. 그리고, 연료 전지 시스템 (11) 의 파워 컨디셔너 (13) 를 조작하여, 연료 전지 시스템 (11) 을 시동시킨다. 즉, 연료 전지 (12) 의 각 보조 기기의 운전을 개시시키고, 연료 전지 (12) 를 시동시킨다. 연료 전지 (12) 가 시동하여 소정의 직류 전력을 출력하게 되면, 그 직류 전력은 파워 컨디셔너 (13) 에 의해 교류 전력으로 변환되어 분전반 (14) 의 모선 (31) 에 공급되게 되기 때문에, 비상 부하 (42) 에 연결되는 스위치 (35) 를 닫아 비상 부하 (42) 에 교류 전력이 공급되게 한다.Thus, the system power supply is disconnected from the
이상과 같이 하여, 연료 전지 시스템 (11) 의 재기동이 이루어지고, 비상 부하 (42) 에 대한 교류 전력의 공급이 재개된다.As described above, the
다음으로, 계통 전원이 정전에서 복구된 경우의 동작을 설명한다. 분전반 (14) 에 있어서 차단기 (32) 보다 계통 전원측의 위치에, 계통 전원측으로부터의 전력으로 발광하는 파일럿 램프를 설치해 두면, 파일럿 램프가 재점등된 것에 의해, 계통 전원이 정전에서 복구되었음을 알 수 있다. 그 경우에는, 수동으로 연료 전지 시스템 (11) 을 정지시키고, 필요에 따라 스위치 (33) 를 개방한 후에, 차단기 (32) 를 닫아, 분전반 (14) 의 모선 (31) 에 대하여 계통 전원측에서의 전 력이 공급되게 한다. 그 후, 연료 전지 시스템 (11) 을 재시동시키고, 또한, 스위치 (33, 34) 를 닫음으로써, 처음에 설명한 통상 운전 상태로 되돌아간다.Next, the operation when the system power is restored from a power failure will be described. In the
이상의 동작에 있어서, 계통 전원측이 정전이 되어 차단기 (32) 가 개방 상태로 된 후, 계통 전원이 복구된 경우에 차단기 (32) 를 다시 투입하여 차단기 (32) 를 도통 상태로 하는데, 차단기 (32) 를 투입하는 시점에서는 연료 전지 시스템 (11) 은 정지해 있어야 한다. 그래서, 연료 전지 시스템 (11) 이 동작하고 있거나, 혹은 연료 전지 시스템 (11) 이 그 시동 과정에 있을 때에는, 개방 상태의 차단기 (32) 가 재투입되지 않게 하는 인터록 장치를 분전반 (14) 에 설치하는 것이 바람직하다.In the above operation, after the system power supply side is out of power and the
또한, 상기 서술한 순서에 있어서는, 연료 전지 시스템 (11) 의 시동이나 각 스위치 (33 ∼ 35) 의 온 오프, 각 파워 컨디셔너 (13, 17) 의 조작 등은, 조작원에 의한 수동으로 행해지도록 하고 있지만, 이들 프로세스를 자동으로 실시할 수 있도록, 분전반 (14) 에 제어 회로를 형성하도록 해도 된다. 도 3 은, 이와 같은 제어 회로를 구비한 비상 전원 시스템을 나타내고 있다.In the above-described procedure, the start of the
도 3 에 나타내는 비상 전원 시스템은, 도 2 에 나타내는 비상 전원 시스템과는, 분전반 (14) 내에 제어 회로 (36) 가 형성되어 있는 점에서 상이하다. 제어 회로 (36) 는, 분전반 (14) 내의 차단기 (32) 를 도통 상태로 복귀시키거나, 분전반 (14) 내의 각 스위치 (33 ∼ 35) 를 제어할 수 있음과 함께, 연료 전지 시스템 (11) 내의 파워 컨디셔너 (13) 나, 이차 전지 (16) 로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 파워 컨디셔너 (17) 에 대하여 지령을 내릴 수 있도록 구성 되어 있다. 파워 컨디셔너 (13, 17) 에 대하여 제어 회로 (36) 로부터의 지령을 전달하기 위해서, 분전반 (14) 과 이들 파워 컨디셔너 (13, 17) 사이에는 신호선 (37, 38) 이 형성되어 있다.The emergency power supply system shown in FIG. 3 differs from the emergency power supply system shown in FIG. 2 in that the
제어 회로 (36) 는, 예를 들어 비상 운전 모드 이행을 위한 누름 버튼 스위치인 비상 운전 스위치와, 통상 운전 모드 이행을 위한 누름 버튼 스위치인 통상 운전 스위치를 구비하고 있다. 계통 전원측이 정전이 되어, 상기 서술한 바와 같이 차단기 (32) 가 개방 상태로 트립하고, 연료 전지 시스템 (11) 및 이차 전지 (16) 로부터의 전력 공급이 정지된 상태에서, 비상 운전 스위치가 조작되면, 제어 회로 (36) 는, 스위치 (34, 35) 를 개방 상태로 하는 것부터 연료 전지 시스템 (11) 을 시동시키고, 스위치 (35) 를 온 상태로 하는 것까지의 상기 서술한 처리를 자동적으로 실행한다. 또한, 비상 운전 모드에 있을 때에 통상 운전 스위치가 조작된 경우에는, 제어 회로 (36) 는, 계통 전원이 복구된 것을 확인한 다음, 연료 전지 시스템 (11) 의 정지와 차단기 (32) 의 투입에서 연료 전지 시스템의 재시동, 스위치 (33, 34) 의 투입까지의 처리를 자동적으로 실행한다. 이와 같은 제어 회로 (36) 를 형성함으로써, 본 발명에 기초하는 비상 전원 시스템의 운전 조작을 간단하게 실시할 수 있게 된다.The
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